WO2020012609A1 - 作業機械 - Google Patents

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WO2020012609A1
WO2020012609A1 PCT/JP2018/026374 JP2018026374W WO2020012609A1 WO 2020012609 A1 WO2020012609 A1 WO 2020012609A1 JP 2018026374 W JP2018026374 W JP 2018026374W WO 2020012609 A1 WO2020012609 A1 WO 2020012609A1
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WO
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avoidance area
vehicle body
area
work machine
avoidance
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/026374
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
航平 廣松
Original Assignee
日立建機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立建機株式会社 filed Critical 日立建機株式会社
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/24—Safety devices, e.g. for preventing overload

Definitions

  • the present invention relates to a working machine such as a hydraulic shovel.
  • a working machine such as a hydraulic shovel has a working device including a plurality of driven members such as a boom, an arm, and a bucket, and a traveling device for moving the working machine, and an operator adjusts an operation lever to perform a work.
  • the device and the traveling device can be operated.
  • Work using a work machine is often performed in a narrow site, and another work may be performed in the immediate vicinity of the place already finished as designed, and the work surface that has been finished is damaged by erroneous operation of the work machine Or contact with nearby workers or equipment.
  • Patent Document 1 In order to prevent the dump truck from contacting the dump truck in a work such as loading an excavated material into a dump truck, a technique of stopping the turning of the construction machine at a desired angle has been proposed (see, for example, Patent Document 1). reference).
  • Patent Literature 1 is a means for setting a target position for stopping turning, means for numerically inputting an angle of a hydraulic actuator for operating a member constituting a construction machine, and an obstacle around a construction machine by a radar device. Means for acquiring the position of an object is given.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a working machine that can easily prevent a vehicle body or a working device from contacting a surrounding obstacle even when the vehicle body moves. Is to provide.
  • the present invention provides a lower traveling body, an upper revolving body that is pivotally attached to the lower traveling body and forms a vehicle body together with the lower traveling body, A working device rotatably mounted on the vehicle body, a position direction detecting device that outputs a signal corresponding to the position and direction of the vehicle body and the working device, and the vehicle body based on a signal from the position direction detecting device. And a controller that calculates a position and a direction of the working device, wherein the controller sets an avoidance area in which entry of the vehicle body or the working device is restricted in a coordinate system fixed at a construction site.
  • body position calculating unit and having an index value calculating section for calculating an index value monotonously increases or monotonously decreases in accordance with the degree of approach with respect to the avoidance region of the first reference point.
  • the operator can avoid the avoidance area after the vehicle body moves. This eliminates the need to reset. This makes it possible to easily prevent the vehicle main body or the working device from coming into contact with surrounding obstacles even when the vehicle main body moves.
  • the present invention even when the vehicle main body of the working machine moves, it is possible to easily prevent the vehicle main body or the working device from coming into contact with surrounding obstacles.
  • FIG. 1 is a side view of a hydraulic shovel according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a vehicle body control system of the hydraulic shovel illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the vehicle body controller shown in FIG. 2.
  • 4 is a flowchart illustrating a process of a vehicle-body control avoidance area position setting unit illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a method in which an avoidance area position setting unit of the vehicle body control controller illustrated in FIG. 3 sets an avoidance area using a division plane.
  • 4 is a flowchart showing a process of an index value calculation unit of the vehicle body controller shown in FIG. FIG.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram (1/2) illustrating a method in which an index value calculation unit of the vehicle body controller illustrated in FIG. 3 calculates a margin.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram (2/2) illustrating a method in which an index value calculation unit of the vehicle body control controller illustrated in FIG. 3 calculates a margin.
  • FIG. 2 is a diagram (1/2) illustrating an example of a screen displayed on a display unit of the user interface device illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 2B is a diagram (2/2) illustrating an example of a screen displayed on the display unit of the user interface device illustrated in FIG. 1. It is a block diagram showing processing of a body control part of a body control controller in a 2nd example of the present invention.
  • FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the hydraulic excavator 1 includes a vehicle body 2 and a working device 3.
  • the vehicle body 2 includes an upper revolving unit 4 and a lower traveling unit 5.
  • the working device 3 includes a boom 6, an arm 7, a bucket 8, a boom cylinder 9, an arm cylinder 10, and a bucket cylinder 11.
  • the boom 6 is rotatably mounted via the upper swing body 4 and the first link pin 20.
  • the arm 7 is rotatably attached to the tip of the boom 6 via a second link pin 21.
  • the bucket 8 is rotatably attached to the distal end of the arm 7 via a third link pin 22.
  • the boom cylinder 9, the arm cylinder 10, and the bucket cylinder 11 drive the boom 6, the arm 7, and the bucket 8, respectively, by expanding and contracting by hydraulic pressure.
  • the boom 6, the arm 7, and the bucket 8 include an IMU (Inertial Measurement Unit, inertial measurement device) 32 that detects the rotation angles of the boom 6, the arm 7, and the bucket 8 around the first to third link pins 20 to 22, respectively. 34 are attached.
  • IMU Inertial Measurement Unit, inertial measurement device
  • the lower traveling body 5 has crawler belts 15a and 15b on both left and right sides, and the crawler belts 15a and 15b are driven by hydraulically rotating traveling motors 16a and 16b, respectively.
  • the upper swing body 4 has a driver's cab 12 and a swing motor 13.
  • the upper revolving unit 4 is rotatably connected to the lower traveling unit 5 via a revolving wheel 17, and is driven by a revolving motor 13 being rotated by hydraulic pressure.
  • a user interface device 18, a vehicle body controller 19, and a vehicle body operation device 30, which will be described later, are installed.
  • G GNSS Global Navigation Satellite System
  • GNSS global positioning satellite system
  • the GNSS antennas 23a and 23b receive signals from artificial satellites (not shown) and are used to detect the current position and direction of the excavator 1 in the global coordinate system.
  • the global coordinate system includes, for example, a WGS-84 coordinate system generally used in surveying by GNSS.
  • a reference point in a construction site is set as an origin, and a vertically upward direction is defined as a Z-axis.
  • a coordinate system having the Y axis in the north direction and the X axis in the east direction.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the vehicle body control system 14 of the excavator 1.
  • the vehicle body control system 14 includes a boom cylinder 9, an arm cylinder 10, a bucket cylinder 11, a swing motor 13, traveling motors 16a and 16b, an engine 25, a hydraulic pump 26, a pilot pump 27, a control valve 28, electromagnetic proportional valves 29a to 29l, It has a vehicle body operation device 30, a GNSS receiver 31, a boom IMU 32, an arm IMU 33, a bucket IMU 34, a user interface device 18, and a vehicle body control controller 19.
  • the engine 25 drives a hydraulic pump 26 and a pilot pump 27 as power sources.
  • the hydraulic pump 26 pressurizes the hydraulic oil and supplies the hydraulic oil to the boom cylinder 9, the arm cylinder 10, the bucket cylinder 11, the swing motor 13, and the traveling motors 16a and 16b via the control valve 28.
  • the pilot pump 27 pressurizes the hydraulic oil, and supplies pilot pressure oil having a pressure lower than that of the hydraulic pump 26 to the control valve 28 through the electromagnetic proportional valves 29a to 29l.
  • the control valve 28 includes a plurality of directional control valves (not shown) for controlling the flow rate and direction of the pressure oil supplied to the boom cylinder 9, the arm cylinder 10, the bucket cylinder 11, the swing motor 13, and the traveling motors 16a and 16b. ing. Each directional control valve is driven by supplying pilot pressure oil to the operation unit from the corresponding electromagnetic proportional valve 29a to 29l.
  • Electromagnetic proportional valves 29a to 29l reduce the pressure of the pilot pressure oil, which is the original pressure, according to a control signal from the vehicle body controller 19 and supply the pilot pressure oil to the operation unit of the corresponding directional control valve in the control valve 28.
  • the boom raising electromagnetic proportional valve 29a and the boom lowering electromagnetic proportional valve 29b control the driving direction and driving force of the boom cylinder 9 via the control valve 28.
  • the arm cloud electromagnetic proportional valve 29c and the arm dump electromagnetic proportional valve 29d control the driving direction and driving force of the arm cylinder 10 via the control valve 28.
  • the bucket cloud electromagnetic proportional valve 29 e and the bucket dump electromagnetic proportional valve 29 f control the driving direction and driving force of the bucket cylinder 11 via the control valve 28.
  • the turning left electromagnetic proportional valve 29g and the turning right electromagnetic proportional valve 29h control the driving direction and driving force of the turning motor 13 via the control valve 28.
  • the traveling left front electromagnetic proportional valve 29i and the traveling left rear electromagnetic proportional valve 29j control the driving direction and driving force of the traveling motor 16a via the control valve 28.
  • the traveling right front electromagnetic proportional valve 29k and the traveling right rear electromagnetic proportional valve 291 control the driving direction and driving force of the traveling motor 16b via the control valve 28.
  • the vehicle body operation device 30 includes operation members 35a to 35d and an operation amount detection device 36.
  • the operation members 35a to 35d are members that are operated by an operator in the cab 12 to drive the hydraulic excavator 1, and are, for example, working levers.
  • the operation member 35a drives the boom cylinder 9 and the bucket cylinder 11.
  • the operation member 35b drives the arm cylinder 10 and the turning motor 13.
  • the operation members 35c and 35d drive the traveling motors 16a and 16b, respectively.
  • the operation amount detection device 36 detects the operation amounts of the operation members 35a to 35d, and sends a detection signal to the vehicle body controller 19.
  • the GNSS receiver 31 includes GNSS antennas 23a and 23b, a correction information receiver 37, and a positioning calculation controller 38.
  • the GNSS antennas 23a and 23b receive positioning radio waves from artificial satellites (not shown).
  • the correction information receiver 37 receives correction information created from position information installed at a fixed point via a mobile phone network or wireless communication.
  • the positioning calculation controller 38 corrects an error of the position information due to the positioning radio waves received by the GNSS antennas 23a and 23b by the correction information received by the correction information receiver 37, so that the position information in the global coordinate system with high accuracy can be obtained. Send to the controller 19.
  • the boom IMU 32, the arm IMU 33, and the bucket IMU 34 detect rotation angles of the boom 6, the arm 7, and the bucket 8 around the first to third link pins 20 to 22, respectively, and send detection signals to the vehicle body controller 19.
  • the user interface device 18 has an input / output unit 39, an operation unit 40, and a display unit 41.
  • the input / output unit 39 of the user interface device 18 has a digital input / output device, a USB (Universal Serial Bus) port, etc., and outputs an operation result by the operation unit 40 to the vehicle body controller 19 using the digital input / output device.
  • the display information of the display unit 41 is input from the controller 19.
  • the USB port is used to add vehicle dimensional information, target surface information, and avoidance area setting information created outside of the excavator 1 via a USB memory or the like as an external storage medium, and an operation unit of a user interface device 18 described later. 40 saves the body size information, the target surface information, and the avoidance area setting information to be edited outside.
  • the operation unit 40 of the user interface device 18 is, for example, a switch, which is operated by an operator to switch display information, and to set vehicle body size information, target surface information, and avoidance area stored in a storage unit 44 of the vehicle body controller 19 described later. Add, change, and delete information.
  • the display unit 41 of the user interface device 18 is, for example, a liquid crystal display, and the position information of the excavator 1 and the position of the target surface data calculated by the calculation unit 43 of the vehicle body controller 19 described later so that the operator can confirm the work content. Information and position information of the avoidance area are displayed.
  • the user interface device 18 may be configured such that the operation unit 40 and the display unit 41 are integrated like a touch panel, for example.
  • the vehicle controller 19 has an input / output unit 42 such as an A / D converter, a D / A converter and a digital input / output device, an arithmetic unit 43 such as a CPU, and a storage unit 44 such as a ROM and a RAM.
  • an input / output unit 42 such as an A / D converter, a D / A converter and a digital input / output device
  • an arithmetic unit 43 such as a CPU
  • a storage unit 44 such as a ROM and a RAM.
  • the input / output unit 42 of the vehicle body controller 19 includes the operation amount detected by the operation amount detection device 36 of the vehicle body operation device 30, the position information in the global coordinate system received by the GNSS receiver 31, the boom IMU 32, the arm IMU 33, and the bucket.
  • the angle information detected by the IMU 34 is input and sent to the calculation unit 43, and the target plane information and the avoidance area setting information input by the operation unit 40 of the user interface device 18 are sent to the storage unit 44. Further, the input / output unit 42 outputs a control signal to the electromagnetic proportional valves 29a to 29l according to the calculation result from the calculation unit 43, and sends display information to the display unit 41 of the user interface device 18.
  • the calculation unit 43 of the vehicle body controller 19 performs a calculation for preventing the excavator 1 from entering an avoidance area, which will be described later, from the input information of the input / output unit 42, and sends the calculation result to the input / output unit 42.
  • the storage unit 44 of the vehicle body controller 19 stores vehicle size information, target surface information, and avoidance area setting information that are added or changed from the operation unit 40 of the user interface device 18.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the vehicle body controller 19.
  • the calculation unit 43 of the vehicle body controller 19 includes a vehicle body position calculation unit 45, a work device position calculation unit 46, an avoidance area position setting unit 47, an index value calculation unit 48, a display calculation And a vehicle control unit 50.
  • the vehicle body position calculating section 45 and the working device position calculating section 46 constitute a vehicle body position calculating section.
  • the vehicle body position calculation unit 45 calculates the vehicle coordinate system of the two points of the GNSS antennas 23a and 23b acquired by the GNSS receiver 31 from the position information (GNSS position information) in the global coordinate system and attached to the vehicle body 2 in the global coordinate system. Calculate the origin position and direction.
  • the vehicle coordinate system is such that the turning axis of the upper revolving unit 4 is the Z axis, the extension direction of the working device 3 is the X axis, and the origin is a right-handed orthogonal coordinate system on the grounding surface of the crawler belts 15a and 15b. is there.
  • the vehicle body position calculating section 45 calculates the vehicle body information in the global coordinate system from the vehicle body dimensional information such as the total length, full width, and height of the vehicle body 2 in the storage section 44 and the origin position and direction of the vehicle coordinate system in the global coordinate system.
  • the occupation area is calculated at the same time.
  • the work device position calculating unit 46 first calculates the angle information detected by the boom IMU 32, the arm IMU 33, and the bucket IMU 34, the length of the boom 6, the arm 7, the bucket 8, and the body coordinate system of the first link pin 20 included in the storage unit 44. From the vehicle body size information such as the position of the vehicle, the working device position information including the positions of the second and third link pins 21 and 22 in the vehicle coordinate system stretched on the vehicle body 2 and the toe position of the bucket 8 is calculated.
  • the working device position calculating unit 46 calculates the working device position information in the global coordinate system from the working device position information in the vehicle coordinate system and the origin position and direction of the vehicle coordinate system in the global coordinate system calculated by the vehicle body position calculating unit 45. Information is calculated at the same time.
  • step S101 it is determined whether there is an avoidance area setting request.
  • the avoidance area setting request is made via the operation unit 40 of the user interface device 18. If there is a request, the process proceeds to step S102. If there is no request, the process ends without setting an avoidance area.
  • step S102 two points on the space are set.
  • the setting of the point is performed, for example, by operating the operating members 35a to 35d to move the vehicle body 2 and the working device 3 so that the toe position (reference point) of the bucket 8 calculated by the working device position calculating unit 46 is calculated.
  • This is a method in which the reference point is moved via the operation unit 40 of the user interface device 18 and fixed.
  • step S103 a plane that divides the space into two (hereinafter, a divided plane) is calculated.
  • a vertical plane passing through two points in the space set in step S102 is defined as a division plane.
  • a divided plane composed of a vertical plane does not need to consider the vertical direction (Z direction), and is expressed by a straight line equation on the XY plane.
  • step S104 calculation is performed to set, as an avoidance area, a space where the vehicle body 2 does not exist among the two spaces divided by the division plane created in step S103.
  • step S101 to step S104 the process returns to step S101, and it is determined again whether or not there is an avoidance area setting request. Thereby, it is possible to set a plurality of avoidance area positions.
  • FIG. 5 is a top view (XY plane) showing a method of setting an avoidance area using the division plane created in step S103.
  • normal vectors unit vectors
  • t of the divided planes facing in both directions are obtained, and a vector (vehicle body vector) extended from the divided plane to the origin of the vehicle coordinate system calculated by the vehicle body position calculation unit 45 is obtained.
  • a normal vector s for which the coefficient of u is negative is selected.
  • the equation of the division plane in the global coordinate system and the direction of the normal vector are stored in the storage unit 44 as the avoidance area.
  • the avoidance area is not set.
  • step S201 it is determined whether an avoidance area is stored in the storage unit 44. If the avoidance area has been stored, the process proceeds to step S202, and if not, the process ends.
  • step S202 an avoidance area relative position vector is calculated for each of the stored avoidance areas.
  • the avoidance area relative position vector is a vector obtained by extending the unit normal vector s of the division plane calculated by the avoidance area position setting unit 47 to the toe position of the bucket 8.
  • step S203 based on the avoidance area relative position vector and the operation amount detected by the operation amount detection device 36, the degree of approach between the avoidance area and the excavator 1 (the low possibility that the excavator 1 contacts or enters the avoidance area) is determined.
  • An index value to be represented (hereinafter, margin) is calculated.
  • FIGS. 7A and 7B are conceptual diagrams illustrating a method in which the index value calculation unit 48 of the vehicle body controller 19 calculates the margin.
  • the speed of each actuator that drives the moving speed of the boom 6, the arm 7, the bucket 8, the upper revolving unit 4, and the lower traveling unit 5 is determined by an operation amount-speed conversion table (metering table). Is calculated using
  • the sum of the moving speed vectors of the boom 6, the arm 7, the bucket 8, the upper revolving unit 4, and the lower traveling unit 5 based on the kinematics, based on each actuator speed and the current global position, direction, and angle information of the vehicle coordinate system. Calculate a certain predicted velocity vector.
  • the avoidance areas are classified according to the margin calculated in step S203. If the margin is 0 or less, it is determined that the excavator 1 is an avoidance area where the excavator 1 is already in contact with or intruding into the avoidance area (hereinafter, a contact area). Further, even if the margin is positive, if the margin is lower than the threshold set as the buffer zone (attention determination threshold), it is determined that the excavator 1 is an avoidance area (hereinafter referred to as an attention area) in which there is a high possibility that the excavator 1 will touch or intrude. judge. In other cases, it is determined that the excavator 1 is an avoidance area (hereinafter, a normal area) in which the possibility of contact or intrusion is low.
  • the margin is 0 or less, it is determined that the excavator 1 is an avoidance area where the excavator 1 is already in contact with or intruding into the avoidance area (hereinafter, a contact area). Further, even
  • FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating an example of a screen displayed on the display unit 41 of the user interface device 18.
  • the display unit 41 includes a top view area 41a, a side view area 41b, and a pop-up area 41c.
  • the display calculation unit 49 generates information to be displayed in the top view area 41a, the side view area 41b, and the pop-up area 41c, and outputs the information to the display unit 41.
  • the top view area 41a and the side view area 41b are calculated from the reduced image of the excavator 1 created from the working device position information and the stored vehicle body size information, and the position of the excavator 1 and the avoidance area relative position vector.
  • a contact area, a caution area, and a normal area based on the arrangement of the avoidance areas is displayed.
  • the contact area is displayed in the darkest color
  • the attention area and the normal area are displayed in the lighter color in this order.
  • the side view area 41b only the avoidance area having the smallest margin (the contact area in the example of FIG. 8A) among the avoidance areas existing on the operation plane of the working device 3 is displayed.
  • the top view area 41a is useful for avoiding the side face
  • the side view area 41b is useful for avoiding the front face.
  • FIG. 8B shows a specific example of the operation instruction according to the classification of the avoidance area.
  • character information that prompts the operator to perform an avoidance operation such as “touching the avoidance area. Immediately perform the avoidance operation,” is displayed, and the contact area does not exist.
  • caution area character information that draws the operator's attention, such as "The robot is approaching the avoidance area. Please operate with caution,” is displayed. Does not display anything. Further, in the example shown in FIG.
  • the background color of the pop-up area 41c is darkened when the contact area exists, and when the contact area does not exist and the attention area exists, The color is lighter than in the case of “with contact area”, and colorless in the case of only the normal area.
  • a more specific operation instruction may be displayed by obtaining an operation method for moving the working device 3 in a direction opposite to the avoidance area relative position vector based on kinematics. .
  • the lower traveling body 5, the upper revolving body 4 that is rotatably attached to the lower traveling body 5 and forms the vehicle main body 2 together with the lower traveling body 5, and the upper revolving body 4 is vertically rotatable.
  • the position and direction detectors 23a, 23b, 32-34 that output signals according to the positions and directions of the vehicle body 2 and the work device 3, and the position and direction detectors 23a, 23b, 32 through
  • a controller 19 that calculates the positions and directions of the vehicle body 2 and the working device 3 based on signals from the control unit 34, the controller 19 controls the vehicle body 2 or the work in a coordinate system fixed at the construction site.
  • An avoidance area position setting section 47 for setting an avoidance area in which the intrusion of the device 3 is restricted; and a vehicle body 2 or the working device 3 (toe position of the bucket 8) in a coordinate system fixed at the construction site. ) And an index for calculating a margin (index value) for monotonically decreasing according to the degree of approach of the first reference point to the avoidance area.
  • a value operation unit 48 for calculating a margin (index value) for monotonically decreasing according to the degree of approach of the first reference point to the avoidance area.
  • the avoidance area position setting unit 47 sets an area on the side where the vehicle body 2 is not located among the two areas obtained by dividing the three-dimensional space of the construction site by a plane as an avoidance area.
  • the excavator 1 includes a user interface device 18 as a display device, and the controller 19 causes the vehicle body 2 or the working device 3 to enter the avoidance area according to a margin (index value).
  • a display operation unit 49 that outputs information prompting an operation for avoiding the situation to the display device 18.
  • the user interface device 18 is provided as an external input device for inputting information on the target surface, and the display calculation unit 49 displays information prompting execution based on the information on the target surface on the display device 18.
  • the avoidance area position setting unit 47 avoids an area defined by using a plane including positions before and after movement of a reference point (second reference point) set in advance in the working device 3 (toe position of the bucket 8). Set as an area.
  • the vehicle body 2 is moved after the movement. It is possible to save the operator from resetting the avoidance area. Thereby, even when the vehicle main body 2 moves, it is possible to easily prevent the vehicle main body 2 or the working device 3 from contacting surrounding obstacles.
  • the operator operates the operating members 35a to 35d to move the vehicle main body 2 and the working device 3, and sets the toe position of the bucket 8 calculated by the working device position calculating unit 46 as a point in the step S101.
  • the division plane is created by doing, for example, a method of numerically inputting the position in the global coordinate system, or displaying the target plane information on the touch panel, and setting the area to be set as the avoidance area existing on the target plane information May be selected by touching the two end points of.
  • the vertical plane is used as a division plane.
  • a division plane other than the vertical plane may be created by setting three points and setting a plane including all three points as a division plane. .
  • the bucket 8 which is the earliest driven member is used. It is necessary to consider the moving speed vector. However, when the reference point is not included in the first driven member, the moving speed vector of the driven member that is earlier than the driven member including the reference point may be ignored. For example, when calculating an avoidance area relative position vector indicating a distance and a direction from a reference point included in the boom 6, the sum of the moving speed vectors of the boom 6, the upper swing body 4, and the lower running body 5 is calculated based on kinematics. In the case of calculating the avoidance area relative position vector indicating the distance and direction from the reference point included in the lower running body 5, the predicted speed vector may be calculated based on kinematics. The moving speed vector may be used as the predicted speed vector.
  • the predicted position vector is calculated based on kinematics from each actuator speed and the current global position, direction, and angle information of the vehicle coordinate system.
  • the psychological margin of the surrounding workers in the avoidance area may be reduced, for example, by multiplying the predicted position vector by a coefficient greater than 1 and subtracting it from the avoidance area relative position vector.
  • An operation to reduce the margin when approaching the avoidance area may be performed.
  • the arrangement of the avoidance area with respect to the excavator 1 is calculated from the avoidance area relative position vector, when the excavator 1 is moving, it is determined that the excavator 1 is in contact even if it is not in contact.
  • the arrangement of the avoidance area with respect to the hydraulic excavator 1 may be calculated from the margin to directly display the degree of approach to the avoidance area.
  • the index value calculation unit 48 calculates the margin that monotonously decreases according to the degree of approach of the first reference point to the avoidance area as the index value.
  • the margin (index value) is calculated at one reference point (first reference point).
  • the index value calculation unit 48 includes a plurality of preset values for the vehicle body 2 and the working device 3.
  • the margin (index value) may be calculated using the reference point having the smallest minimum distance to the avoidance area among the reference points described above as the first reference point.
  • the avoidance area position setting unit 47 is defined using a plane including positions before and after movement of a reference point (second reference point) preset in the working device 3 (toe position of the bucket 8). Although the area is set as the avoidance area, it may be set by inputting a numerical value from the operation unit 40 of the user interface device 18. That is, the avoidance area position setting unit 47 may set the avoidance area based on the target plane information input from the user interface device 18 as an external input device.
  • a difference from the first embodiment is that the excavator 1 prevents the excavator 1 from contacting or entering the avoidance area by an avoidance control that intervenes in the operation of the operator instead of the avoidance operation by the operator.
  • step S301 each actuator when the magnitude of the avoidance area relative position vector is larger than the margin (when the excavator 1 is moving in a direction to enter further into the avoidance area or in a direction to approach the avoidance area) Calculates the speed command upper limit value for the speed command value.
  • the speed command upper limit value is calculated as 0 in order to shut off the electromagnetic proportional valves 29a to 29l, and the hydraulic shovel 1 moves to the avoidance area. Prevent further intrusion.
  • the speed command upper limit value is reduced as the allowance decreases, and the allowance decreases to 0 or less.
  • the speed command upper limit value is reduced as the allowance decreases, and the allowance decreases to 0 or less.
  • the value of the speed command upper limit value is set to a value sufficiently larger than the normal speed command value to operate the hydraulic excavator 1. Is not restricted.
  • step S302 when the magnitude of the avoidance area relative position vector is equal to or smaller than the allowance (when the excavator 1 is stopped or moving in a direction away from the avoidance area), the speed command upper limit value for the speed command value is given to each actuator. Is calculated.
  • the speed command upper limit value in step S302 is set to a higher value overall than in step S301. That is, the restriction when moving in the direction away from the avoidance area is less strict than when moving in the direction approaching or entering the avoidance area.
  • the speed command upper limit value is calculated as a constant value greater than 0, so that the hydraulic shovel 1 is slowly separated from the avoidance area.
  • the speed command upper limit value is increased as the margin increases, and the speed increases as the distance from the avoidance area increases. To be possible.
  • step S303 the magnitude of the avoidance area relative position vector is compared with the allowance, and when the magnitude of the avoidance area relative position vector is larger than the allowance (the hydraulic shovel 1 is moving in a direction approaching or entering the avoidance area). In other cases (when the excavator 1 is stopped or moving in a direction away from the avoidance area), the result is false.
  • Step S304 is a process of selecting the output of step S301 and step S302. If the determination result of step S303 is true (the case where the excavator 1 is moving in a direction approaching or entering the avoidance area), step S301 is performed. If the result of the determination in step S304 is false (if the excavator 1 is stopped or moving in a direction away from the avoidance area), the calculation result of step S302 is output.
  • step S305 in order to calculate a command value to be output to the electromagnetic proportional valves 29a to 29l based on the operation amount of the operation device 30, the operation amount corresponding to each actuator is calculated by an operation amount-speed conversion table (metering table). ) To convert to speed command value.
  • step S306 each actuator speed command value converted in step S305 is compared with the speed command upper limit value selected in step S304, and the smaller one is output as each actuator speed command value.
  • step S307 each actuator speed command value calculated in step S306 is converted into an operation amount of each of the electromagnetic proportional valves 29a to 291 using a speed-operation amount conversion table (inverse metering table).
  • a speed-operation amount conversion table inverse metering table
  • step S308 current values of the proportional solenoid valves 29a to 291 corresponding to the manipulated variables converted in step S307 are output.
  • the controller 19 in this embodiment includes a vehicle body control unit 50 that restricts the operation of the upper swing body 4 or the working device 3 according to the margin (index value) so that the vehicle body 2 or the working device 3 does not enter the avoidance area. Having.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the contact or intrusion of the excavator 1 into the avoidance area can be automatically performed without depending on the operation of the operator. It can be prevented.
  • the avoidance area is a finite space, and the width, height, and depth are each limited, so that obstacles and surroundings within the operating range of the excavator 1 are set. The point is that contact with an operator can be prevented.
  • step S401 it is determined whether there is an avoidance area setting request. If there is a request, the process proceeds to step S402. If there is no request, the process ends without setting an avoidance area.
  • step S402 a rectangle that forms one side surface of the rectangular parallelepiped is set. Specifically, two points, a start point and an end point, are set, a line segment connecting the two points is set as a diagonal line, and a rectangle having horizontal and vertical opposite sides is created.
  • step S403 a depth is set for the rectangle created in step S402, and the rectangle is created by expanding and contracting the rectangle horizontally.
  • step S404 a rectangle that forms one side surface is created in step S402, and the rectangular parallelepiped whose depth is set in step S403 is set as the avoidance area.
  • the stored three vectors are stored in the storage unit 44.
  • step S402 to step S404 the process returns to step S401, and it is determined again whether or not there is an avoidance area setting request. Thereby, it is possible to set a plurality of avoidance area positions.
  • FIGS. 11A and 11B conceptually show an example of a method for setting a rectangular parallelepiped avoidance area.
  • step S402 in FIG. 10 the operator operates the operation members 35a to 35d to move the toe position of the bucket 8 calculated by the working device position calculation unit 46, and sets the start point and the end point of the diagonal line. Points are set via the operation unit 40 of the user interface device 18.
  • the avoidance area position setting unit 47 sets a rectangle that is one side surface of the rectangular parallelepiped by creating a rectangle having horizontal and vertical opposite sides from a diagonal line.
  • the display unit 41 of the user interface device 18 displays a rectangular drawing figure of the same scale as the excavator 1 and numerical information of the width and height of the rectangle. This allows the operator to adjust the width and height of the rectangle.
  • step S403 in FIG. 10 the depth of the rectangular parallelepiped is set by the operator operating the bucket with the operation member 35a.
  • the rectangle is extruded forward in the normal direction (the direction from the bucket 8 toward the vehicle body 2) to create a rectangular parallelepiped. Extrude in the opposite direction to create a rectangular parallelepiped.
  • the magnitude of the depth is increased or decreased according to the time integral value of the operation amount of the bucket 8.
  • the display unit 41 of the user interface device 18 displays a rectangular parallelepiped drawing figure of the same scale as the excavator 1 and numerical information of the depth of the rectangular parallelepiped. Thereby, the operator can adjust the depth of the rectangular parallelepiped. For example, when the operator pushes a rectangle in the direction opposite to the direction from the bucket 8 toward the vehicle body 2 to create a rectangular parallelepiped, the bucket operation is performed based on the drawing figure displayed on the display unit 41 and the numerical information on the depth of the rectangular parallelepiped. When a rectangular parallelepiped is to be extended, a bucket dump operation is performed, and when a rectangular parallelepiped is to be contracted, a bucket cloud operation is performed to adjust the depth to a desired depth.
  • the operation other than the operation of the bucket 8 by the operation member 35a does not affect the setting of the depth of the rectangular parallelepiped. By doing so, it is possible to keep the bucket 8 away from the avoidance area.
  • the index value calculation unit 48 obtains the avoidance area relative position vector as shown in FIGS. 12A to 12C in step S202 shown in FIG.
  • FIG. 12A a rectangular plane forming a rectangular parallelepiped is expanded infinitely, and a perpendicular line extending from the working device position to the plane is drawn.
  • a perpendicular line extending from the working device position to the plane is drawn.
  • the length and direction of the perpendicular are represented by a vector, which is defined as an avoidance area relative position vector.
  • each vertex configuring the rectangle from the toe position (working device position) of the bucket 8 is determined.
  • a vector having the shortest length is defined as an avoidance area relative position vector.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a screen displayed on the display unit 41 of the user interface device 18.
  • the display unit 41 includes a perspective view area 41e and a pop-up area 41c.
  • the perspective view area 41 e is particularly useful when performing work in a state where there are a plurality of avoidance areas formed of a finite space around the excavator 1.
  • an avoidance area normally area
  • an avoidance area attention area
  • the reduced image of the hydraulic shovel 1 displayed by a broken line in the perspective view area 41e has been subjected to transmission processing to make it easier to see the attention area located on the back side of the screen of the vehicle body 2.
  • the contact area is displayed in the darkest color, and the attention area and the normal area are displayed lighter in this order.
  • the avoidance area position setting unit 47 sets the three-dimensional internal area arranged outside the vehicle body 2 as the avoidance area.
  • the avoidance area position setting unit 47 is a rectangular parallelepiped defined using a rectangular plane including positions before and after movement of a reference point (second reference point) set in advance in the working device 3 (toe position of the bucket 8). Is set as the avoidance area.
  • the avoidance area is set to a finite space, and the width, height, and depth are each limited. Therefore, it is possible to prevent contact with obstacles and surrounding workers within the operation range of the excavator 1.
  • the depth is set by the time integral value of the operation amount of the bucket 8, but another point is set at the toe position of the bucket 8 calculated by the working device position calculator 46, and the step S402 is performed at that point.
  • the normal vector may be extended from a plane obtained by expanding the rectangle set in the above, and the size and direction may be set as the depth.
  • the shape of the avoidance area is a rectangular parallelepiped, but may be another three-dimensional shape such as a triangular prism, a cylinder, or a sphere.
  • the internal region of the three-dimensional shape having a finite volume is set as the avoidance region.
  • a working machine according to a fourth embodiment of the present invention will be described by taking a hydraulic excavator that extracts an avoidance area from target surface information as an example.
  • the difference from the second embodiment is that by setting a part of the target surface as the boundary surface of the avoidance area, the working device 3 can be prevented from approaching the target surface, and the finished target surface can be protected. It is the point which was made.
  • step S501 it is determined whether there is an avoidance area setting request. If there is a request, the process proceeds to step S502; otherwise, the process proceeds to step S508.
  • step S502 it is selected whether to set the division plane used when creating the avoidance area from the target plane information to the horizontal plane or the vertical plane.
  • the process proceeds to step S503.
  • the process proceeds to step S505.
  • step S503 one point on the space is set.
  • the operator operates the operating members 35a to 35d to move the vehicle body 2 and the working device 3 so that the toe position of the bucket 8 calculated by the working device position calculating unit 46 is moved. This is performed by a method such as determining the position of the reference point using the operation unit 40 of the user interface device 18.
  • step S504 a plane that divides the space into two (hereinafter, a divided plane) is calculated. Specifically, a horizontal plane passing through one point in the space set in step S503 is defined as a division plane.
  • step S505 two points on the space are set. The setting of each point is performed in the same manner as in step S503.
  • step S506 a plane that divides the space into two (hereinafter, a divided plane) is calculated.
  • a vertical plane passing through two points on the space set in step S505 is defined as a division plane.
  • a divided plane composed of a vertical plane does not need to consider the vertical direction (Z direction), and is expressed by a straight line equation on the XY plane.
  • step S507 calculation is performed to set a space where the excavator 1 does not exist among the two spaces divided by the division plane created in step S504 or S506 as the temporary avoidance area.
  • the calculation method is the same as the method of setting the avoidance area from the division plane in step S103 of the first embodiment, and this method can be applied regardless of whether the division plane is a vertical plane or a horizontal plane. It is.
  • step S508 an avoidance area is set by setting a target surface in any of the temporary avoidance areas set in step S507 as a boundary surface of the avoidance area, and the process ends. If the temporary avoidance area has not been set, the process ends without setting the avoidance area.
  • FIGS. 15A to 15C are top views (XY planes) showing a method of setting an avoidance area from a part of the target plane in the temporary avoidance area set in step S507 when the vertical plane is a divided plane. Things.
  • the target plane information is triangular mesh data for simplicity.
  • a set of triangles forming a target plane is either present in the temporary avoidance area, outside the temporary avoidance area, or divided by a division plane.
  • Classify In the triangle mesh data, since each triangle is described by the position coordinates of three vertices, the above-described classification can be performed by performing an inequality operation on the three vertices with the division plane. Note that a triangle having any of the vertices on the division plane is classified according to whether another vertex is within the temporary avoidance area or outside the temporary avoidance area.
  • a triangle intersecting with the division plane is divided into two, and the two divided surfaces are classified into the temporary avoidance area and the outside.
  • a point (intersection) at which the side of the triangle intersects with the division plane is calculated, and a line segment obtained by connecting the intersections is set as a new side. Since the triangle is divided into a triangle and a quadrilateral by this side, the quadrilateral is subdivided into two triangles by adding one diagonal line, and the above-described classification is performed for each triangle.
  • This operation is performed on all triangles, and triangles classified as being outside the temporary avoidance area are excluded as shown in FIG. Set the avoidance area so that
  • step S111 in FIG. 6 the index value calculation unit 48 (shown in FIG. 3) of the vehicle body controller 19 forms the boundary of the avoidance area by using the method of calculating the avoidance area relative position vector shown in FIGS. 12A to 12C. Apply to triangles.
  • the calculation of the avoidance area relative position vector is also extended to target plane information not set in the avoidance area, and the smallest avoidance area relative position vector is calculated as the result of calculating the distance between the target plane information and the toe position of the bucket 8. Alternatively, it can be used for display and control for construction according to the target surface.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a screen displayed on the display unit 41 of the user interface device 18.
  • the display unit 41 includes a rear view area 41d, a side view area 41b, and a pop-up area 41c.
  • the display calculation unit 49 generates information to be displayed in the rear view area 41d, the side view area 41b, and the pop-up area 41c, and outputs the information to the display unit 41.
  • the rear view area 41d mainly provides the operator with information for distinguishing the boundary plane of the avoidance area from the target plane.
  • the drawing range of the rear view area 41 d changes according to the scale of the excavator 1.
  • the avoidance area (the contact area, the attention area, and the normal area) and the target plane are displayed in different colors. In the example shown in FIG. 16, the contact area is displayed in the darkest color, the attention area and the normal area are displayed lighter in this order, and the target surface is displayed in colorless (background color).
  • the side view area 41b provides the operator with information on the boundary plane of the avoidance area and the target plane when excavating the target plane.
  • the drawing range of the side view area 41b changes in accordance with the scale of the excavator 1 similarly to the rear view area 41d.
  • the avoidance area (the contact area, the attention area, the normal area) and the target plane are displayed in different colors.
  • the avoidance area (the contact area, the attention area, and the normal area) and the target plane are displayed by lines, the same color as the color given in the back view area 41d below each line. Is attached.
  • Steps S601 to S604 are the same as steps S301 to S304 (shown in FIG. 9) of the first embodiment, and a description thereof will not be repeated.
  • a speed command upper limit value for constructing the target surface so as not to be dug is calculated according to the distance between the target surface and the toe position of the bucket 8. For example, when the distance between the target surface and the toe position of the bucket 8 is smaller than a threshold value (control distance threshold value), the speed of the boom cylinder 9 closer to the target surface information as the distance between the target surface information and the toe position of the bucket 8 decreases. By performing control such as lowering the command upper limit value, the working device 3 can operate along the target plane.
  • a threshold value control distance threshold value
  • Steps S606 to S609 are the same as steps S305 to S308 (shown in FIG. 9) according to the first embodiment, and a description thereof will not be repeated.
  • the excavator 1 includes the user interface device 18 as an external input device for inputting information on a target surface, and the avoidance area position setting unit 47 sets an area having a part of the target surface as a boundary surface. Set as an avoidance area.
  • controller 19 in the present embodiment controls the vehicle body control that restricts the operation of the upper revolving unit 4 or the working device 3 according to the margin (index value) so that the vehicle body 2 or the working device 3 does not enter the avoidance area. It has a part 50.
  • the vehicle body control unit 50 of the controller 19 in the present embodiment controls the upper revolving unit 4 or the work body 4 according to the minimum distance between the working device 3 and the target surface so that the vehicle body 2 or the working device 3 does not enter the target surface.
  • the operation of the device 3 is restricted.
  • the work apparatus 3 is prevented from approaching the target plane by setting the avoidance area so that a part of the target plane is a boundary surface of the avoidance area.
  • the finished target surface can be protected.
  • the division plane for setting the temporary avoidance area is either a vertical plane or a horizontal plane.
  • the division plane other than the vertical plane or the horizontal plane is set.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. It is also possible to add a part of the configuration of another embodiment to the configuration of a certain embodiment, delete a part of the configuration of one embodiment, or replace it with a part of another embodiment. It is possible.
  • SYMBOLS 1 Hydraulic excavator (work machine), 2 ... vehicle main body, 3 ... work apparatus, 4 ... upper revolving superstructure (vehicle main body), 5 ... lower traveling body (vehicle main body), 6 ... boom, 7 ... arm, 8 ... bucket , 9 ... boom cylinder, 10 ... arm cylinder, 11 ... bucket cylinder, 13 ... turning motor, 14 ... body control system, 15a, 15b ... crawler track, 16a, 16b ... running motor, 17 ... turning wheel, 18 ...
  • Disposable device External input device
  • 19 body control controller
  • 20 first link pin
  • 21 second link pin
  • 22 third link pin
  • 23a, 23b antenna (position / direction detecting device)
  • 25 ... Engine
  • 26 Hydraulic pump
  • 27 Pilot pump
  • 28 ... Control valve
  • 29a Boom raising electromagnetic proportional valve
  • 29b Boom lowering electromagnetic proportional valve
  • 29d Arm cloud electromagnetic proportional valve
  • 29e Bucket cloud electromagnetic proportional valve
  • 29f Bucket dump electromagnetic proportional valve
  • 29g Swivel left electromagnetic proportional valve
  • 29h Swivel right electromagnetic proportional valve

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Component Parts Of Construction Machinery (AREA)

Abstract

車両本体が移動した場合でも車両本体または作業装置が周囲の障害物に接触することを簡易に防ぐことができる作業機械を提供する。　コントローラ１９は、施工現場の座標系において車両本体２または作業装置３３の侵入が制限される回避領域を設定する回避領域位置設定部４７と、前記施工現場の座標系において前記車両本体または前記作業装置に予め設定された第１基準点の位置を演算する車体位置演算部４５，４６と、前記第１基準点の前記回避領域に対する接近度合いに応じて単調増加または単調減少する指標値を算出する指標値演算部４８とを有する。

Description

作業機械
　本発明は、油圧ショベル等の作業機械に関する。
　油圧ショベル等の作業機械は、ブーム、アーム、バケットなどの複数の被駆動部材から成る作業装置と作業機械の移動を行うための走行装置を有し、オペレータは操作レバーを調整することにより、作業装置や走行装置を動作させることができる。
　作業機械による施工は狭隘な現場で行われることが多く、既に設計図面通りに仕上げた場所の直近で別の作業を行うことがあり、作業機械の操作を誤ることで仕上げ済みの施工面を損なうことや周囲の作業員や機器に接触する可能性がある。
　そこで、掘削物をダンプトラックに積み込む作業などにおいて、ダンプトラックの荷台との接触を避けるために、所望の角度で建設機械の旋回を停止する技術が提案されている（例として、特許文献１を参照）。
特開２０１７－９６００６号公報
　特許文献１に記載されている技術は、旋回を停止させる目標位置の設定手段として、建設機械を構成する部材を動作させる油圧アクチュエータの角度を数値入力する手段や、レーダ装置により建設機械周囲の障害物の位置を取得する手段を挙げている。
　このため、前者の手段については、建設機械が走行などにより別の場所に移動した場合に目標位置の再設定を行わないと、同じ場所に留まっている障害物に接触する可能性がある。また、後者の手段については、建設機械自体がレーダ装置の検出範囲に死角を作るため、あらゆる作業装置の姿勢を考慮し、高価なレーダ装置を複数配置する必要がある。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両本体が移動した場合でも車両本体または作業装置が周囲の障害物に接触することを簡易に防ぐことができる作業機械を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に取り付けられ、前記下部走行体と共に車両本体を構成する上部旋回体と、前記上部旋回体に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置と、前記車両本体および前記作業装置の位置および方向に応じた信号を出力する位置方向検出装置と、前記位置方向検出装置からの信号を基に前記車両本体および前記作業装置の位置および方向を演算するコントローラとを備えた作業機械において、前記コントローラは、施工現場に固定された座標系で前記車両本体または前記作業装置の侵入が制限される回避領域を設定する回避領域位置設定部と、前記施工現場に固定された座標系で前記車両本体または前記作業装置に予め設定された第１基準点の位置を演算する車体位置演算部と、前記第１基準点の前記回避領域に対する接近度合いに応じて単調増加または単調減少する指標値を算出する指標値演算部とを有するものとする。
　以上のように構成した本発明によれば、施工現場に固定された座標系で車両本体または作業装置の侵入が制限される回避領域を設定することにより、車両本体が移動した後にオペレータが回避領域を再設定する手間を省くことができる。これにより、車両本体が移動した場合でも車両本体または作業装置が周囲の障害物に接触することを簡易に防ぐことが可能となる。
　本発明によれば、作業機械の車両本体が移動した場合でも車両本体または作業装置が周囲の障害物に接触することを簡易に防ぐことができる。
本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの側面図である。 図１に示す油圧ショベルの車体制御システムの構成を示すブロック図である。 図２に示す車体制御コントローラの機能ブロック図である。 図３に示す車体制御の回避領域位置設定部の処理を示すフローチャートである。 図３に示す車体制御コントローラの回避領域位置設定部が分割平面を用いて回避領域を設定する方法を示す図である。 図３に示す車体制御コントローラの指標値演算部の処理を示すフローチャートである。 図３に示す車体制御コントローラの指標値演算部が余裕度を演算する方法を示す概念図（１／２）である。 図３に示す車体制御コントローラの指標値演算部が余裕度を演算する方法を示す概念図（２／２）である。 図１に示すユーザインタフェース装置の表示部に表示される画面の一例を示す図（１／２）である。 図１に示すユーザインタフェース装置の表示部に表示される画面の一例を示す図（２／２）である。 本発明の第２の実施例における車体制御コントローラの車体制御部の処理を示すブロック図である。 本発明の第３の実施例における車体制御コントローラの回避領域位置設定部の処理を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施例における直方体の回避領域を設定する方法の一例を示す概念図（１／２）である。 本発明の第３の実施例における直方体の回避領域を設定する方法の一例を示す概念図（２／２）である。 本発明の第３の実施例における車体制御コントローラの指標値演算部が回避領域相対位置ベクトルを演算する方法を示す概念図（１／３）である。 本発明の第３の実施例における車体制御コントローラの指標値演算部が回避領域相対位置ベクトルを演算する方法を示す概念図（２／３）である。 本発明の第３の実施例における車体制御コントローラの指標値演算部が回避領域相対位置ベクトルを演算する方法を示す概念図（３／３）である。 本発明の第３の実施例におけるユーザインタフェース装置の表示部に表示される画面の一例を示す図である。 本発明の第４の実施例における車体制御コントローラの回避領域位置設定部の処理を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施例における車体制御コントローラの回避領域位置設定部が回避領域を設定する方法を示す概念図（１／３）である。 本発明の第４の実施例における車体制御コントローラの回避領域位置設定部が回避領域を設定する方法を示す概念図（２／３）である。 本発明の第４の実施例における車体制御コントローラの回避領域位置設定部が回避領域を設定する方法を示す概念図（３／３）である。 本発明の第４の実施例におけるユーザインタフェース装置に表示される画面の一例を示す図である。 本発明の第４の実施例における車体制御コントローラの車体制御部の処理を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施の形態に係る作業機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
　図１は、本発明の第１の実施例に係る油圧ショベル１の側面図である。
　油圧ショベル１は、車両本体２と、作業装置３とを備えている。車両本体２は、上部旋回体４と、下部走行体５とで構成される。
　作業装置３は、ブーム６、アーム７、バケット８、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１を有する。ブーム６は、上部旋回体４と第１リンクピン２０を介して回動可能に取り付けられている。アーム７は、ブーム６の先端部に第２リンクピン２１を介して回動可能に取り付けられている。バケット８は、アーム７の先端部に第３リンクピン２２を介して回動可能に取り付けられている。ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１は、油圧によって伸縮することでブーム６、アーム７、バケット８をそれぞれ駆動する。ブーム６、アーム７、バケット８には、ブーム６、アーム７、バケット８の第１～第３リンクピン２０～２２周りの回転角度をそれぞれ検出するＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ、慣性計測装置）３２～３４が取り付けられている。
　下部走行体５は、履帯１５ａ，１５ｂを左右両側に有し、履帯１５ａ，１５ｂは走行モータ１６ａ，１６ｂが油圧により回転することでそれぞれ駆動される。
　上部旋回体４は、運転室１２と旋回モータ１３とを有する。上部旋回体４は、下部走行体５に旋回輪１７を介して回動可能に接続されており、旋回モータ１３が油圧により回転することで駆動される。運転室１２の中には、後述するユーザインタフェース装置１８と、車体制御コントローラ１９と、車体操作装置３０とが設置されている。
　上部旋回体４の上部には、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ、全球測位衛星システム）アンテナ２３ａ，２３ｂが取り付けられている。ＧＮＳＳアンテナ２３ａ，２３ｂは、図示しない人工衛星からの信号を受信し、油圧ショベル１のグローバル座標系における現在位置と方向を検出するために用いられる。ここで、グローバル座標系とは、例えば、ＧＮＳＳによる測量で一般的に用いられるＷＧＳ－８４座標系などがあるが、本実施例では施工現場内のある基準点を原点とし、鉛直上向きをＺ軸、北向きをＹ軸、東向きをＸ軸とする座標系とする。
　図２は、油圧ショベル１の車体制御システム１４の構成を示すブロック図である。
　車体制御システム１４は、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１、旋回モータ１３、走行モータ１６ａ，１６ｂ、エンジン２５、油圧ポンプ２６、パイロットポンプ２７、コントロールバルブ２８、電磁比例弁２９ａ～２９ｌ、車体操作装置３０、ＧＮＳＳ受信装置３１、ブームＩＭＵ３２、アームＩＭＵ３３、バケットＩＭＵ３４、ユーザインタフェース装置１８、車体制御コントローラ１９を有している。
　エンジン２５は、動力源として油圧ポンプ２６とパイロットポンプ２７を駆動する。
　油圧ポンプ２６は作動油を加圧し、コントロールバルブ２８を介してブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１、旋回モータ１３、走行モータ１６ａ，１６ｂへ圧油を供給する。
　パイロットポンプ２７は作動油を加圧し、電磁比例弁２９ａ～２９ｌを介して通常は油圧ポンプ２６より低い圧力のパイロット圧油をコントロールバルブ２８に供給する。
　コントロールバルブ２８は、ブームシリンダ９、アームシリンダ１０、バケットシリンダ１１、旋回モータ１３、走行モータ１６ａ，１６ｂに供給する圧油の流量と方向を制御する複数の方向制御弁（図示せず）を備えている。各方向制御弁は、対応する電磁比例弁２９ａ～２９ｌから操作部にパイロット圧油を供給することで駆動される。
　電磁比例弁２９ａ～２９ｌは、元圧であるパイロット圧油を車体制御コントローラ１９からの制御信号に応じて減圧し、コントロールバルブ２８内の対応する方向制御弁の操作部に供給する。
　ブーム上げ電磁比例弁２９ａとブーム下げ電磁比例弁２９ｂは、コントロールバルブ２８を介してブームシリンダ９の駆動方向と駆動力を制御する。アームクラウド電磁比例弁２９ｃとアームダンプ電磁比例弁２９ｄは、コントロールバルブ２８を介してアームシリンダ１０の駆動方向と駆動力を制御する。バケットクラウド電磁比例弁２９ｅとバケットダンプ電磁比例弁２９ｆはコントロールバルブ２８を介してバケットシリンダ１１の駆動方向と駆動力を制御する。旋回左電磁比例弁２９ｇと旋回右電磁比例弁２９ｈはコントロールバルブ２８を介して旋回モータ１３の駆動方向と駆動力を制御する。走行左前電磁比例弁２９ｉと走行左後電磁比例弁２９ｊはコントロールバルブ２８を介して走行モータ１６ａの駆動方向と駆動力を制御する。走行右前電磁比例弁２９ｋと走行右後電磁比例弁２９ｌはコントロールバルブ２８を介して走行モータ１６ｂの駆動方向と駆動力を制御する。
　車体操作装置３０は、操作部材３５ａ～３５ｄと、操作量検出装置３６とを有する。
　操作部材３５ａ～３５ｄは、運転室１２に搭乗するオペレータが操作して油圧ショベル１を駆動させるための部材であり、例えば作業レバーである。操作部材３５ａは、ブームシリンダ９およびバケットシリンダ１１を駆動させる。操作部材３５ｂは、アームシリンダ１０および旋回モータ１３を駆動させる。操作部材３５ｃ，３５ｄは走行モータ１６ａ，１６ｂをそれぞれ駆動させる。
　操作量検出装置３６は、操作部材３５ａ～３５ｄの操作量を検出し、検出信号を車体制御コントローラ１９へ送る。
　ＧＮＳＳ受信装置３１は、ＧＮＳＳアンテナ２３ａ，２３ｂと、補正情報受信機３７と、測位演算コントローラ３８とを有する。ＧＮＳＳアンテナ２３ａ，２３ｂは、図示しない人工衛星からの測位電波を受信する。補正情報受信機３７は、携帯電話回線網や無線を通じ、固定点に設置された位置情報から作成された補正情報を受信する。測位演算コントローラ３８は、ＧＮＳＳアンテナ２３ａ，２３ｂが受信した測位電波による位置情報の誤差を、補正情報受信機３７が受信した補正情報により補正することで、高精度なグローバル座標系における位置情報を車体制御コントローラ１９へ送る。
　ブームＩＭＵ３２、アームＩＭＵ３３、バケットＩＭＵ３４は、ブーム６、アーム７、バケット８の第１～第３リンクピン２０～２２周りの回転角度をそれぞれ検出し、検出信号を車体制御コントローラ１９へ送る。
　ユーザインタフェース装置１８は、入出力部３９と、操作部４０と、表示部４１とを有している。
　ユーザインタフェース装置１８の入出力部３９は、デジタル入出力装置、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）ポートなどを有し、デジタル入出力装置により車体制御コントローラ１９への操作部４０による操作結果の出力や、車体制御コントローラ１９から表示部４１の表示情報の入力を行う。ＵＳＢポートは、外部記憶媒体であるＵＳＢメモリーなどを介して、油圧ショベル１の外部で作成された車体寸法情報と目標面情報と回避領域設定情報の追加と、後述するユーザインタフェース装置１８の操作部４０が編集する車体寸法情報と目標面情報と回避領域設定情報の外部への保存を行う。
　ユーザインタフェース装置１８の操作部４０は、例えばスイッチであり、オペレータが操作し、表示情報の切り替えや、後述する車体制御コントローラ１９の記憶部４４が記憶する車体寸法情報と目標面情報と回避領域設定情報の追加と変更と削除を行う。
　ユーザインタフェース装置１８の表示部４１は、例えば液晶ディスプレイであり、オペレータが作業内容を確認するため、後述する車体制御コントローラ１９の演算部４３が演算した油圧ショベル１の位置情報や目標面データの位置情報、回避領域の位置情報を表示する。
　ユーザインタフェース装置１８は、例えばタッチパネルのように、操作部４０と表示部４１とが一体となっていても良い。
　車体制御コントローラ１９は、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器やデジタル入出力装置などの入出力部４２、ＣＰＵなどの演算部４３、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部４４を有している。
　車体制御コントローラ１９の入出力部４２は、車体操作装置３０の操作量検出装置３６が検出した操作量と、ＧＮＳＳ受信装置３１が受信したグローバル座標系における位置情報と、ブームＩＭＵ３２、アームＩＭＵ３３、バケットＩＭＵ３４が検出した角度情報とを入力して演算部４３へ送り、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０が入力する目標面情報や回避領域設定情報を記憶部４４へ送る。また、入出力部４２は、演算部４３からの演算結果に応じて、電磁比例弁２９ａ～２９ｌへ制御信号を出力し、ユーザインタフェース装置１８の表示部４１へ表示情報を送る。
　車体制御コントローラ１９の演算部４３は、入出力部４２の入力情報から油圧ショベル１の後述する回避領域への侵入を防ぐための演算を行い、演算結果を入出力部４２に送る。
　車体制御コントローラ１９の記憶部４４は、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０から追加と変更される車体寸法情報と目標面情報と回避領域設定情報を記憶する。
　図３は、車体制御コントローラ１９の機能ブロック図である。
　図３に示すように、車体制御コントローラ１９の演算部４３は、車両本体位置演算部４５と、作業装置位置演算部４６と、回避領域位置設定部４７と、指標値演算部４８と、表示演算部４９と、車体制御部５０とを有する。車両本体位置演算部４５および作業装置位置演算部４６は、車体位置演算部を構成している。
　車両本体位置演算部４５は、ＧＮＳＳ受信装置３１が取得したＧＮＳＳアンテナ２３ａ，２３ｂの２点のグローバル座標系における位置情報（ＧＮＳＳ位置情報）からグローバル座標系における車両本体２に張られる車両座標系の原点位置と方向を演算する。ここで、車両座標系とは、上部旋回体４の旋回軸をＺ軸、作業装置３の伸身方向をＸ軸とし、原点は履帯１５ａ，１５ｂの接地面にある右手系の直交座標系である。
　さらに、車両本体位置演算部４５は、記憶部４４が有する車両本体２の全長や全幅、高さといった車体寸法情報と、グローバル座標系における車両座標系の原点位置と方向からグローバル座標系における車両本体占有領域も同時に演算する。
　作業装置位置演算部４６は、まずブームＩＭＵ３２、アームＩＭＵ３３、バケットＩＭＵ３４がそれぞれ検出した角度情報と記憶部４４が有するブーム６、アーム７、バケット８の長さ、第１リンクピン２０の車体座標系における位置といった車体寸法情報から車両本体２に張られる車両座標系における第２および第３リンクピン２１，２２の位置や、バケット８の爪先位置を含む作業装置位置情報を演算する。
　さらに、作業装置位置演算部４６は、車両座標系における作業装置位置情報と、車両本体位置演算部４５で演算されたグローバル座標系における車両座標系の原点位置と方向からグローバル座標系における作業装置位置情報も同時に演算する。
　回避領域位置設定部４７の処理について、図４を用いて説明する。
　まず、ステップＳ１０１で、回避領域設定要求があるか否かを判定する。回避領域設定要求は、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０を介して行われる。要求がある場合はステップＳ１０２に遷移し、要求がない場合は回避領域を設定せずに処理を終了する。
　ステップＳ１０２では、空間上の２点を設定する。点の設定は、例えば、オペレータが操作部材３５ａ～３５ｄを操作し、車両本体２と作業装置３を移動させることで、作業装置位置演算部４６が演算するバケット８の爪先位置（基準点）を移動させて、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０を介して基準点の位置を確定するといった方法である。
　ステップＳ１０３では、空間を２つに分割する平面（以下、分割平面）を演算する。ここでは、ステップＳ１０２で設定した空間上の２点を通る鉛直面を分割平面とする。なお、鉛直面からなる分割平面は、鉛直方向（Ｚ方向）を考慮する必要がないため、ＸＹ平面上の直線の方程式で表される。
　ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で作成した分割平面で分割される２つの空間の内、車両本体２が存在しない空間を回避領域に設定する演算を行う。
　ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理が終わると、ステップＳ１０１に戻り、回避領域設定要求があるか否かを再度判定する。これにより、複数の回避領域位置を設定することが可能となる。
　図５は、ステップＳ１０３で作成した分割平面を用いて回避領域を設定する方法を上面図（ＸＹ平面）で表したものである。
　まず、両方向に向く分割平面の法線ベクトル（単位ベクトル）ｓ，ｔを求め、その内、分割平面から車両本体位置演算部４５が演算する車両座標系の原点に伸ばしたベクトル（車両本体ベクトル）ｕの係数が負となる法線ベクトルｓを選択する。すると、回避領域にある点はベクトルの係数が正となるため、その場合に回避領域に侵入したと判定することができる。よって、グローバル座標系における分割平面の方程式と法線ベクトルの向きを回避領域として記憶部４４に記憶する。ただし、車両座標系の原点位置が分割平面上にある場合は回避領域の設定を行わない。
　指標値演算部４８の処理について、図６を用いて説明する。
　まず、ステップＳ２０１では、記憶部４４に回避領域が記憶されているか否かを判定する。回避領域が記憶されている場合はステップＳ２０２に遷移し、記憶されていない場合は処理を終了する。
　ステップＳ２０２では、記憶されている回避領域のそれぞれについて、回避領域相対位置ベクトルを演算する。ここで、回避領域相対位置ベクトルは、回避領域位置設定部４７で演算した分割平面の単位法線ベクトルｓをバケット８の爪先位置まで延長したベクトルである。
　ステップＳ２０３では、回避領域相対位置ベクトルと操作量検出装置３６が検出した操作量から、回避領域と油圧ショベル１の接近度合い（油圧ショベル１が回避領域に接触または侵入する可能性の低さ）を表す指標値（以下、余裕度）を演算する。
　図７Ａおよび図７Ｂは、車体制御コントローラ１９の指標値演算部４８が余裕度を演算する方法を示す概念図である。
　まず、図７Ａに示すように、ブーム６、アーム７、バケット８、上部旋回体４、下部走行体５の移動速度を駆動する各アクチュエータの速度を、操作量－速度変換テーブル（メータリングテーブル）を用いて演算する。
　各アクチュエータ速度と、現在の車両座標系のグローバル位置と方向と角度情報とから、運動学に基づきブーム６、アーム７、バケット８、上部旋回体４、下部走行体５の移動速度ベクトルの総和である予測速度ベクトルを演算する。
　予測速度ベクトルに制御周期を乗算することで、次の制御周期の油圧ショベル位置の予測結果を示す予測位置ベクトルを演算する。
　次に、図７Ｂに示すように、回避領域相対位置ベクトルから予測位置ベクトルの回避領域相対位置ベクトルと同じ方向の成分を減算し、そのベクトルの大きさ（距離）を余裕度とする。図７Ａおよび図７Ｂに示す演算は、全ての回避領域相対位置ベクトルに対して行う。
　図６に戻り、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で計算した余裕度に応じて回避領域の分類を行う。余裕度が０以下である場合は既に油圧ショベル１が回避領域に接触または侵入している回避領域（以下、接触領域）であると判定する。また、余裕度が正であっても、緩衝帯として設定した閾値（注意判定閾値）より低い場合は、油圧ショベル１が接触または侵入する可能性が高い回避領域（以下、注意領域）であると判定する。それ以外の場合は、油圧ショベル１が接触または侵入する可能性が低い回避領域（以下、通常領域）と判定する。
　表示演算部４９の処理について、図８Ａおよび図８Ｂを用いて説明する。
　図８Ａおよび図８Ｂは、ユーザインタフェース装置１８の表示部４１に表示される画面の一例を示す図である。
　図８Ａに示すように、表示部４１は、上面図領域４１ａと、側面図領域４１ｂと、ポップアップ領域４１ｃとで構成される。表示演算部４９は、上面図領域４１ａ、側面図領域４１ｂ、ポップアップ領域４１ｃに表示する情報を生成し、表示部４１に出力する。
　上面図領域４１ａおよび側面図領域４１ｂには、作業装置位置情報と記憶する車体寸法情報とから作成された油圧ショベル１の縮小画像と、油圧ショベル１の位置と回避領域相対位置ベクトルとから演算された回避領域の配置に基づいた回避領域（接触領域、注意領域、通常領域）とが表示される。図８Ａに示す例では、接触領域は一番濃い色で表示され、注意領域、通常領域の順に淡い色で表示されている。側面図領域４１ｂには、作業装置３の動作平面に存在する回避領域のうち、余裕度が最も小さい回避領域（図８Ａの例では接触領域）のみが表示される。上面図領域４１ａは側面回避に有用であり、側面図領域４１ｂは前面回避に有用である。
　ポップアップ領域４１ｃは、余裕度が最も小さい回避領域に対する操作指示をオペレータに提供する。図８Ｂに、回避領域の分類に応じた操作指示の具体例を示す。図８Ｂの例では、接触領域が存在する場合は「回避領域に接触しています。ただちに回避操作をしてください。」といったオペレータに回避操作を促す文字情報を表示し、接触領域が存在せずかつ注意領域が存在する場合は「回避領域に接近しています。注意して操作してください。」といったオペレータの注意を喚起する文字情報を表示し、接触領域または注意領域が存在しない場合（通常領域のみの場合）は何も表示しない。また、図８Ｂに示す例では、オペレータの視認性を向上するために、接触領域が存在する場合はポップアップ領域４１ｃの背景色を濃くし、接触領域が存在せずかつ注意領域が存在する場合は「接触領域あり」の場合よりも淡くし、通常領域のみの場合は無色としている。なお、ポップアップ領域４１ｃでは、例えば、回避領域相対位置ベクトルと反対方向へと作業装置３を動かすための操作方法を運動学に基づいて求めることで、より具体的な操作指示を表示しても良い。
　なお、車体制御部５０の処理については、第２の実施例で説明する。
　本実施例では、下部走行体５と、下部走行体５に旋回可能に取り付けられ、下部走行体５と共に車両本体２を構成する上部旋回体４と、上部旋回体４に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置３と、車両本体２および作業装置３の位置および方向に応じた信号を出力する位置方向検出装置２３ａ，２３ｂ，３２～３４と、位置方向検出装置２３ａ，２３ｂ，３２～３４からの信号を基に車両本体２および作業装置３の位置および方向を演算するコントローラ１９とを備えた油圧ショベル１において、コントローラ１９は、施工現場に固定された座標系で車両本体２または作業装置３の侵入が制限される回避領域を設定する回避領域位置設定部４７と、施工現場に固定された座標系で車両本体２または作業装置３（バケット８の爪先位置）に予め設定された第１基準点の位置を演算する車体位置演算部４５，４６と、第１基準点の回避領域に対する接近度合いに応じて単調減少する余裕度（指標値）を算出する指標値演算部４８とを有する。
　また、回避領域位置設定部４７は、施工現場の３次元空間を平面で分割して得られる２つの領域のうち車両本体２が位置しない側の領域を回避領域として設定する。
　また、本実施例に係る油圧ショベル１は、表示装置としてのユーザインタフェース装置１８を備え、コントローラ１９は、余裕度（指標値）に応じて、車両本体２または作業装置３が回避領域に侵入することを回避するための操作を促す情報を表示装置１８に出力する表示演算部４９を有する。
　また、本実施例では、目標面の情報を入力するための外部入力装置としてユーザインタフェース装置１８を備え、表示演算部４９は、目標面の情報に基づいて施工することを促す情報を表示装置１８に出力する。
　また、回避領域位置設定部４７は、作業装置３（バケット８の爪先位置）に予め設定された基準点（第２基準点）の移動前後の位置を含む平面を用いて定義される領域を回避領域として設定する。
　以上のように構成した本実施例によれば、施工現場に固定された座標系で車両本体２または作業装置３の侵入が制限される回避領域を設定することにより、車両本体２が移動した後にオペレータが回避領域を再設定する手間を省くことができる。これにより、車両本体２が移動した場合でも車両本体２または作業装置３が周囲の障害物に接触することを簡易に防ぐことが可能となる。
　上記の実施例では、ステップＳ１０１は、オペレータが操作部材３５ａ～３５ｄを操作し、車両本体２と作業装置３を移動させ、作業装置位置演算部４６が演算するバケット８の爪先位置を点として設定することで分割平面を作成しているが、例えば、グローバル座標系における位置を数値的に入力する方法や、タッチパネルに目標面情報を表示し、目標面情報上に存在する回避領域に設定したい領域の端点を２点タッチすることで選択する、という方法を取っても良い。
　上記の実施例では、鉛直面を分割平面としているが、例えば３点を設定し、その３点が全て含まれる面を分割平面とすることで、鉛直面以外の分割平面を作成しても良い。
　上記の実施例では、バケット８の爪先位置に基準点（第１基準点）が設定されているため、回避領域相対位置ベクトルを演算する際に、最も先にある被駆動部材であるバケット８に移動速度ベクトルまで考慮する必要がある。しかし、最も先にある被駆動部材に基準点が含まれない場合は、基準点が含まれる被駆動部材よりも先にある被駆動部材の移動速度ベクトルは無視して良い。例えば、ブーム６に含まれる基準点からの距離と方向を示す回避領域相対位置ベクトルを演算する場合には、運動学に基づきブーム６、上部旋回体４、下部走行体５の移動速度ベクトルの総和である予測速度ベクトルを演算すれば良く、また、下部走行体５に含まれる基準点からの距離と方向を示す回避領域相対位置ベクトルを演算する場合には、運動学に基づき下部走行体５の移動速度ベクトルを予測速度ベクトルとすれば良い。
　上記の実施例では、予測位置ベクトルは各アクチュエータ速度と、現在の車両座標系のグローバル位置と方向と角度情報とから、運動学に基づき演算しているが、油圧ショベル１が回避領域に高速で近づく場合には回避領域内にいる周囲作業者の心理的な余裕が小さくなることがあるため、例えば、予測位置ベクトルに１より大きい係数を掛けてから回避領域相対位置ベクトルに減算することで、回避領域に接近する場合の余裕度を小さくするといった演算を行っても良い。
　上記の実施例では、回避領域相対位置ベクトルから油圧ショベル１に対する回避領域の配置を演算しているため、油圧ショベル１が移動している場合は、接触していなくても接触していると判定される回避領域があるが、余裕度から油圧ショベル１に対する回避領域の配置を演算することでより直接的に回避領域に対する接近度合いを示す表示を行っても良い。
　上記の実施例では、指標値演算部４８は、第１基準点の回避領域に対する接近度合いに応じて単調減少する余裕度を指標値として算出しているが、接近度合いに応じて単調増加する指標値を算出しても良い。
　上記の実施例では、１つの基準点（第１基準点）で余裕度（指標値）を算出しているが、指標値演算部４８は、車両本体２および作業装置３に予め設定された複数の基準点のうち回避領域までの最小距離が最も小さい基準点を第１基準点として余裕度（指標値）を算出しても良い。
　上記の実施例では、回避領域位置設定部４７は、作業装置３（バケット８の爪先位置）に予め設定された基準点（第２基準点）の移動前後の位置を含む平面を用いて定義される領域を回避領域として設定しているが、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０から数値を入力して設定しても良い。すなわち、回避領域位置設定部４７は、外部入力装置としてのユーザインタフェース装置１８から入力された目標面情報に基づいて回避領域を設定しても良い。
　本発明の第２の実施例では、余裕度に応じて各アクチュエータの動作速度を制限する油圧ショベルについて説明する。
　第１の実施例との相違点は、オペレータによる回避操作ではなく、オペレータの操作に介入する回避制御によって、油圧ショベル１が回避領域に接触または侵入しないようにする点である。
　車体制御部５０の処理について、図９を用いて説明する。
　ステップＳ３０１では、回避領域相対位置ベクトルの大きさが余裕度より大きい場合（油圧ショベル１が回避領域の更に奥深くに侵入する方向、または回避領域に接近する方向に移動している場合）の各アクチュエータに速度指令値に対する速度指令上限値を演算する。
　余裕度が０以下の場合（「接触領域あり」と判定された場合）は、電磁比例弁２９ａ～２９ｌを遮断するために、速度指令上限値を０と演算し、油圧ショベル１が回避領域に更に奥深く侵入することを防ぐ。
　余裕度が０より大きくかつ注意判定閾値以下の場合（「注意領域あり」と判定された場合）は、余裕度が小さくなるに応じて速度指令上限値を減少させ、余裕度が０以下になる（「接触領域あり」と判定される）前に速度指令上限値を０にすることで、回避領域への接近速度を遅くするとともに、回避領域への侵入を防ぐ。
　余裕度が注意判定閾値よりも大きい場合（「通常領域のみ」と判定された場合）は、通常の速度指令値よりも十分に大きな値を速度指令上限値とすることで、油圧ショベル１の動作が制限されないようにする。
　ステップＳ３０２では、回避領域相対位置ベクトルの大きさが余裕度以下の場合（油圧ショベル１が停止、または回避領域から離れる方向に移動している場合）の各アクチュエータに速度指令値に対する速度指令上限値を演算する。ステップＳ３０２における速度指令上限値は、ステップＳ３０１よりも全体的に高い値に設定されている。すなわち、回避領域から離れる方向に移動する場合の制限は、回避領域に接近または侵入する方向に移動する場合よりも緩くなる。
　余裕度が０以下の場合（「接触領域あり」と判定された場合）は、速度指令上限値を０より大きい一定値として演算し、油圧ショベル１が回避領域からゆっくりと離れられるようにする。
　余裕度が０より大きくかつ注意判定閾値以下の場合（「注意領域あり」と判定された場合）は、速度指令上限値を余裕度が大きくなるに応じて増大させ、回避領域から離れるにつれて速い動作が可能になるようにする。
　余裕度が注意判定閾値よりも大きい場合（「通常領域のみ」と判定された場合）は、ステップＳ３０１と同様に、通常の速度指令値よりも十分に大きな値を速度指令上限値とすることで、油圧ショベル１の動作が制限されないようにする。
　ステップＳ３０３では、回避領域相対位置ベクトルの大きさと余裕度を比較し、回避領域相対位置ベクトルの大きさが余裕度より大きいとき（油圧ショベル１が回避領域に接近または侵入する方向に移動している場合）に真とし、それ以外のとき（油圧ショベル１が停止している場合、または回避領域から離れる方向に移動している場合）は偽とする。
　ステップＳ３０４は、ステップＳ３０１およびステップＳ３０２の出力を選択する処理であり、ステップＳ３０３の判定結果が真の場合（油圧ショベル１が回避領域に接近または侵入する方向に移動している場合）はステップＳ３０１の演算結果を出力し、ステップＳ３０４の判定結果が偽の場合（油圧ショベル１が停止している場合、または回避領域から離れる方向に移動している場合）はステップＳ３０２の演算結果を出力する。
　ステップＳ３０５では、操作装置３０の操作量に基づいて電磁比例弁２９ａ～２９ｌに出力するための指令値の演算を行うため、各アクチュエータに対応する操作量を操作量－速度変換テーブル（メータリングテーブル）を用いて速度指令値に換算する。
　ステップＳ３０６では、ステップＳ３０５で換算した各アクチュエータ速度指令値と、ステップＳ３０４で選択した速度指令上限値とを比較し、小さい方を各アクチュエータ速度指令値として出力する。
　ステップＳ３０７では、ステップＳ３０６で演算された各アクチュエータ速度指令値を速度－操作量変換テーブル（逆メータリングテーブル）を用いて電磁比例弁２９ａ～２９ｌの操作量に換算する。
　ステップＳ３０８では、ステップＳ３０７で換算された操作量に応じた電磁比例弁２９ａ～２９ｌの電流値を出力する。
　本実施例におけるコントローラ１９は、車両本体２または作業装置３が回避領域に侵入しないように、余裕度（指標値）に応じて上部旋回体４または作業装置３の動作を制限する車体制御部５０を有する。
　以上のように構成した第２の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、油圧ショベル１が回避領域に接触または侵入することをオペレータの操作によらず自動で防止することが可能となる。
　本発明の第３の実施例では、有限な空間を回避領域として設定する油圧ショベルについて説明する。
　第１、第２の実施例との相違点は、回避領域を有限な空間とし、幅、高さ、奥行きのそれぞれに制限を設けることで、油圧ショベル１の動作範囲内にある障害物や周囲作業者との接触を防止できるようにした点である。
　回避領域位置設定部４７の処理を、図１０を用いて説明する。
　まず、ステップＳ４０１で、回避領域設定要求があるか否かを判定する。要求がある場合はステップＳ４０２に遷移し、要求がない場合は回避領域を設定せずに処理を終了する。
　ステップＳ４０２では、直方体の一側面となる長方形を設定する。具体的には、始点と終点の２点を設定し、その２点を結ぶ線分を対角線とし、水平と鉛直それぞれの対辺を持つ長方形を作成する。
　ステップＳ４０３では、ステップＳ４０２で作成した長方形に奥行きを設定し、長方形を水平に伸縮させることで直方体を作成する。
　ステップＳ４０４では、ステップＳ４０２で一側面となる長方形が作成され、ステップＳ４０３で奥行きが設定された直方体を回避領域に設定し、直方体の始点位置情報と、幅、高さ、奥行きの大きさと向きを持つ３つのベクトルを記憶部４４に記憶する。
　ステップＳ４０２からステップＳ４０４までの処理が終わると、ステップＳ４０１に戻り、回避領域設定要求があるか否かを再度判定する。これにより、複数の回避領域位置を設定することが可能となる。
　図１１Ａおよび図１１Ｂは、直方体の回避領域を設定する方法の一例を概念的に示している。
　図１１Ａに示すように、図１０のステップＳ４０２では、オペレータが操作部材３５ａ～３５ｄを操作し、作業装置位置演算部４６が演算するバケット８の爪先位置を移動させ、対角線の始点と終点の２点をユーザインタフェース装置１８の操作部４０を介して設定する。回避領域位置設定部４７は、対角線から水平と鉛直の対辺を持つ長方形を作成することで、直方体の一側面となる長方形を設定する。
　ユーザインタフェース装置１８の表示部４１には、油圧ショベル１と同じ縮尺の長方形の描画図形と、長方形の幅および高さの数値情報が表示される。これにより、オペレータは長方形の幅と高さを調整することができる。
　図１１Ｂに示すように、図１０のステップＳ４０３では、直方体の奥行きは、オペレータが操作部材３５ａによりバケットの動作を操作して設定する。
　バケットクラウド操作時には長方形を法線方向手前向き（バケット８から車両本体２へ向かう方向）に押し出して直方体を作成し、バケットダンプ操作時には長方形を法線方向奥向き（バケット８から車両本体２へ向かうのと逆方向）に押し出して直方体を作成する。奥行きの大きさはバケット８の操作量の時間積分値に応じて増減させる。
　ユーザインタフェース装置１８の表示部４１には、油圧ショベル１と同じ縮尺の直方体の描画図形と、直方体の奥行きの数値情報が表示される。これにより、オペレータは直方体の奥行きを調整することができる。例えば、オペレータがバケット８から車両本体２へ向かう方向とは逆方向へ長方形を押し出して直方体を作成する場合、表示部４１に表示される描画図形と直方体の奥行きの数値情報を基に、バケット操作を行い、直方体を伸ばしたいときにはバケットダンプ操作、直方体を縮めたいときにはバケットクラウド操作を行うことで所望の奥行きになるよう調整する。
　このとき、バケット８の操作によっては設定途中の回避領域内にバケット８が侵入してしまう場合があるため、操作部材３５ａによるバケット８の操作以外は直方体の奥行きの設定に影響を与えないようにすることで、回避領域からバケット８を遠ざけることを可能にする。
　指標値演算部４８は、回避領域が直方体のように複数の平面で構成される場合は、図６に示すステップＳ２０２において、図１２Ａ～図１２Ｃに示すように回避領域相対位置ベクトルを求める。
　まず、図１２Ａに示すように、直方体を構成する長方形の平面を無限に拡張し、作業装置位置から平面に伸びる垂線を引く。図１２Ａ中〇印で示すように、垂線の足が長方形の面内に入る場合は、その垂線の長さと方向をベクトルで表現し、回避領域相対位置ベクトルとする。
　図１２Ａ中×印で示すように、垂線の足が長方形の面内に入らない場合は、図１２Ｂに示すように、長方形を構成する辺を無限に延長し、バケット８の爪先位置（作業装置位置）から長方形の各辺を延長した３直線に伸びる垂線を引く。図１２Ｂ中〇印で示すように、垂線の足が長方形の辺の範囲に入る場合は、その垂線の長さと方向をベクトルで表現し、回避領域相対位置ベクトルとする。
　図１２Ｂ中×印で示すように、垂線の足が長方形の辺の範囲に入らない場合は、図１２Ｃに示すように、バケット８の爪先位置（作業装置位置）から長方形を構成する各頂点をベクトルで結び、最も長さが小さいベクトル（図１２Ｃ中〇印で示す）を回避領域相対位置ベクトルとする。
　上記の演算を直方体を構成する６面の長方形全てに対して行い、最も長さが小さい回避領域相対位置ベクトルを求める。
　表示演算部４９の処理について、図１３を用いて説明する。
　図１３は、ユーザインタフェース装置１８の表示部４１に表示される画面の一例を示す図である。
　図１３において、表示部４１は、斜視図領域４１ｅと、ポップアップ領域４１ｃとで構成される。
　斜視図領域４１ｅは、油圧ショベル１の周囲に有限な空間からなる回避領域が複数存在している状態で作業を行う際に特に有用である。図１３に示す例では、油圧ショベル１の前側遠方および左側遠方には、接触または侵入の可能性が低い回避領域（通常領域）が存在している。車両本体２の右側近傍には、接触または侵入の可能性が高い回避領域（注意領域）が存在している。斜視図領域４１ｅに破線で表示される油圧ショベル１の縮小画像は、車両本体２の画面奥側に位置する注意領域を見やすくするために、透過処理を施している。
　回避領域は、第１の実施例（図８Ａに示す）と同様に、接触領域を一番濃い色で表示し、注意領域、通常領域の順に淡く表示している。
　本実施例では、回避領域位置設定部４７は、車両本体２の外部に配置された立体形状の内部領域を回避領域として設定する。
　また、回避領域位置設定部４７は、作業装置３（バケット８の爪先位置）に予め設定された基準点（第２基準点）の移動前後の位置を含む長方形の平面を用いて定義される直方体の内部領域を回避領域として設定する。
　以上のように構成した第３の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、回避領域を有限な空間とし、幅、高さ、奥行きのそれぞれに制限を設けることで、油圧ショベル１の動作範囲内にある障害物や周囲作業者との接触を防止することが可能となる。
　上記の実施例では、奥行きをバケット８の操作量の時間積分値で設定しているが、作業装置位置演算部４６が演算するバケット８の爪先位置でもう１点設定し、その点にステップＳ４０２で設定した長方形を拡張した平面から法線ベクトルを伸ばし、その大きさと向きを奥行きとして設定しても良い。
　上記の実施例では、回避領域の形状を直方体としているが、例えば三角柱、円柱、球といった他の立体形状としても良い。
　上記の実施例では、有限な体積を持つ立体形状の内部領域を回避領域として設定しているが、幅、高さ、奥行きのいずれかの数値を限りなく大きく設定することで、疑似的に無限の体積を持つ回避領域を設定しても良い。
　本発明の第４の実施例に係る作業機械について、回避領域を目標面情報から抽出する油圧ショベルを例にとって説明する。
　第２の実施例との相違点は、目標面の一部を回避領域の境界面に設定することで、作業装置３が目標面に近づくことを防止し、仕上げ済みの目標面を保護できるようにした点である。
　車体制御コントローラ１９の回避領域位置設定部４７（図３に示す）の処理について、図１４を用いて説明する。
　まず、ステップＳ５０１で、回避領域設定要求があるか否かを判定する。要求がある場合はステップＳ５０２に遷移し、要求がない場合はステップＳ５０８に遷移する。
　ステップＳ５０２では、目標面情報から回避領域を作成する際に用いる分割平面を水平面に設定するか鉛直面に設定するかを選択する。水平面に設定された場合はステップＳ５０３に遷移し、鉛直面に設定された場合はステップＳ５０５に遷移する。
　ステップＳ５０３では、空間上の１点を設定する。点の設定は、例えば、オペレータが操作部材３５ａ～３５ｄを操作し、車両本体２と作業装置３を移動させることで、作業装置位置演算部４６が演算するバケット８の爪先位置を移動させて、ユーザインタフェース装置１８の操作部４０で基準点の位置を確定するといった方法で行う。
　ステップＳ５０４では、空間を２つに分割する平面（以下、分割平面）を演算する。具体的には、ステップＳ５０３で設定した空間上の１点を通る水平面を分割平面とする。
　ステップＳ５０５では、空間上の２点を設定する。各点の設定は、ステップＳ５０３と同様に行う。
　ステップＳ５０６では、空間を２つに分割する平面（以下、分割平面）を演算する。ここでは、ステップＳ５０５で設定した空間上の２点を通る鉛直面を分割平面とする。なお、鉛直面からなる分割平面は、鉛直方向（Ｚ方向）を考慮する必要がないため、ＸＹ平面上の直線の方程式で表される。
　ステップＳ５０７では、ステップＳ５０４またはステップＳ５０６で作成した分割平面で分割される２つの空間の内、油圧ショベル１が存在しない空間を仮回避領域に設定する演算を行う。演算方法は、第１の実施例のステップＳ１０３における分割平面から回避領域を設定する方法と同様であり、この方法は分割平面が鉛直面であるか水平面であるかを問わず適用することが可能である。
　ステップＳ５０８では、ステップＳ５０７で設定されたいずれかの仮回避領域にある目標面を回避領域の境界面とすることで回避領域を設定し、処理を終了する。仮回避領域が設定されていない場合は、回避領域を設定せずに処理を終了する。
　図１５Ａ～図１５Ｃは、鉛直面を分割平面とした場合にステップＳ５０７で設定される仮回避領域内にある目標面の一部から回避領域を設定する方法を上面図（ＸＹ平面）で表したものである。ここで、目標面情報は単純化のため三角形メッシュデータとする。
　まず、図１５Ａのように、目標面を構成している三角形の集合を、仮回避領域内に存在するか、仮回避領域外に存在するか、または分割平面により分割されるかのいずれかに分類する。三角形メッシュデータでは、３つの頂点の位置座標によって各三角形を記述しているので、その３つの頂点全てに対して分割平面との不等式演算を行うことで上記の分類が可能となる。なお、分割平面上にいずれかの頂点が存在する三角形は、他の頂点が仮回避領域内にあるか、仮回避領域外にあるかにより分類する。
　次に、図１５Ｂのように、分割平面と交わる三角形を２つ分割し、分割された２つの面を、仮回避領域内に存在するか仮回避領域外に存在するかに分類する。このとき、三角形の辺と分割平面とが交わる点（交点）を演算し、交点同士を結んで得られる線分を新たな辺とする。この辺により三角形は三角形と四角形に分割されるので、四角形は１つの対角線を加えて２つの三角形に再分割し、それぞれの三角形について上記の分類を行う。
　この演算を全ての三角形に対して行い、図１５Ｃのように、仮回避領域外にあると分類された三角形を除外し、仮回避領域内にあると分類された三角形が回避領域の境界面となるように回避領域を設定する。
　車体制御コントローラ１９の指標値演算部４８（図３に示す）は、図６のステップＳ１１１において、図１２Ａ～図１２Ｃに示した回避領域相対位置ベクトルの演算方法を回避領域の境界面を構成する三角形に適用する。
　また、回避領域相対位置ベクトルの演算を回避領域に設定していない目標面情報にも拡張し、大きさが最も小さい回避領域相対位置ベクトルを目標面情報とバケット８の爪先位置の距離の演算結果として、目標面通りに施工するための表示や制御に利用することも可能である。
　車体制御コントローラ１９の表示演算部４９（図３に示す）の処理について、図１６を用いて説明する。図１６は、ユーザインタフェース装置１８の表示部４１に表示される画面の一例を示す図である。
　図１６に示すように、表示部４１は、背面図領域４１ｄと、側面図領域４１ｂと、ポップアップ領域４１ｃとで構成される。表示演算部４９は、背面図領域４１ｄ、側面図領域４１ｂ、ポップアップ領域４１ｃに表示する情報を生成し、表示部４１に出力する。
　背面図領域４１ｄは、主に回避領域の境界面と目標面とを見分けるための情報をオペレータに提供する。背面図領域４１ｄの描画範囲は、油圧ショベル１の縮尺に応じて変化する。背面図領域４１ｄでは、回避領域（接触領域、注意領域、通常領域）および目標面が色分けして表示される。図１６に示す例では、接触領域を一番濃い色で表示し、注意領域、通常領域の順に淡く表示し、目標面を無色（背景色）で表示している。
　側面図領域４１ｂは、目標面を掘削する際に、回避領域の境界面および目標面に関する情報をオペレータに提供する。側面図領域４１ｂの描画範囲は、背面図領域４１ｄと同様に、油圧ショベル１の縮尺に応じて変化する。側面図領域４１ｂでは、背面図領域４１ｄと同様に、回避領域（接触領域、注意領域、通常領域）および目標面が色分けして表示される。ただし、側面図領域４１ｂでは、回避領域（接触領域、注意領域、通常領域）および目標面は線分で表示されるため、各線分の下側に背面図領域４１ｄで付された色と同じ色を付している。
　車体制御コントローラ１９の車体制御部５０（図３に示す）の処理について、図１７を用いて説明する。
　ステップＳ６０１～Ｓ６０４の処理は、第１の実施例のステップＳ３０１～Ｓ３０４（図９に示す）と同様であるため、説明を省略する。
　ステップＳ６０５は、目標面とバケット８の爪先位置の距離に応じて、目標面を掘り過ぎないように施工するための速度指令上限値を演算する。例えば、目標面とバケット８の爪先位置の距離が閾値（制御距離閾値）より小さい場合に、目標面情報とバケット８の爪先位置の距離が小さくなるほどブームシリンダ９の目標面情報に近づく側の速度指令上限値を下げるといった制御を行うことで目標面に沿って作業装置３が動作することを可能にする。
　ステップＳ６０６～Ｓ６０９の処理は、第１の実施例のステップＳ３０５～Ｓ３０８（図９に示す）と同様であるため、説明を省略する。
　本実施例に係る油圧ショベル１は、目標面の情報を入力するための外部入力装置としてユーザインタフェース装置１８を備え、回避領域位置設定部４７は、目標面の一部を境界面とする領域を回避領域として設定する。
　また、本実施例におけるコントローラ１９は、車両本体２または作業装置３が回避領域に侵入しないように、余裕度（指標値）に応じて上部旋回体４または作業装置３の動作を制限する車体制御部５０を有する。
　また、本実施例におけるコントローラ１９の車体制御部５０は、車両本体２または作業装置３が目標面に侵入しないように、作業装置３と目標面との最小距離に応じて上部旋回体４または作業装置３の動作を制限する。
　以上のように構成した第４の実施例によれば、目標面の一部が回避領域の境界面となるように回避領域を設定することにより、作業装置３が目標面に近づくことを防止し、仕上げ済みの目標面を保護することが可能となる。
　なお、上記の実施例では、仮回避領域を設定するための分割平面を鉛直面か水平面のいずれかとしているが、例えば空間上の３点で分割平面を定義することにより、鉛直面または水平面以外の平面を分割平面にすることも可能である。
　以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。
　１…油圧ショベル（作業機械）、２…車両本体、３…作業装置、４…上部旋回体（車両本体）、５…下部走行体（車両本体）、６…ブーム、７…アーム、８…バケット、９…ブームシリンダ、１０…アームシリンダ、１１…バケットシリンダ、１３…旋回モータ、１４…車体制御システム、１５ａ，１５ｂ…履帯、１６ａ，１６ｂ…走行モータ、１７…旋回輪、１８…ユーザインタフェース装置（表示装置、外部入力装置）、１９…車体制御コントローラ、２０…第１リンクピン、２１…第２リンクピン、２２…第３リンクピン、２３ａ，２３ｂ…アンテナ（位置方向検出装置）、２５…エンジン、２６…油圧ポンプ、２７…パイロットポンプ、２８…コントロールバルブ、２９ａ…ブーム上げ電磁比例弁、２９ｂ…ブーム下げ電磁比例弁、２９ｃ…アームクラウド電磁比例弁、２９ｄ…アームダンプ電磁比例弁、２９ｅ…バケットクラウド電磁比例弁、２９ｆ…バケットダンプ電磁比例弁、２９ｇ…旋回左電磁比例弁、２９ｈ…旋回右電磁比例弁、２９ｉ…走行左前電磁比例弁、２９ｊ…走行左後電磁比例弁、２９ｋ…走行右前電磁比例弁、２９ｌ…走行右後電磁比例弁、３０…車体操作装置、３１…ＧＮＳＳ受信装置、３２…ブームＩＭＵ（位置方向検出装置）、３３…アームＩＭＵ（位置方向検出装置）、３４…バケットＩＭＵ（位置方向検出装置）、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ…操作部材、３６…操作量検出装置、３８…測位演算コントローラ、３９…入出力部、４０…操作部、４１…表示部、４１ａ…上面図領域、４１ｂ…側面図領域、４１ｃ…ポップアップ領域、４１ｄ…背面図領域、４１ｅ…斜視図領域、４２…入出力部、４３…演算部、４４…記憶部、４５…車両本体位置演算部（車体位置演算部）、４６…作業装置位置演算部（車体位置演算部）、４７…回避領域位置設定部、４８…指標値演算部、４９…表示演算部、５０…車体制御部。

Claims (11)

  1. 　下部走行体と、
    　前記下部走行体に旋回可能に取り付けられ、前記下部走行体と共に車両本体を構成する上部旋回体と、
    　前記上部旋回体に上下方向に回動可能に取り付けられた作業装置と、
    　前記車両本体および前記作業装置の位置および方向に応じた信号を出力する位置方向検出装置と、
    　前記位置方向検出装置からの信号を基に前記車両本体および前記作業装置の位置および方向を演算するコントローラとを備えた作業機械において、
    　前記コントローラは、
    　施工現場に固定された座標系で前記車両本体または前記作業装置の侵入が制限される回避領域を設定する回避領域位置設定部と、
    　前記施工現場に固定された座標系で前記車両本体または前記作業装置に予め設定された第１基準点の位置を演算する車体位置演算部と、
    　前記第１基準点の前記回避領域に対する接近度合いに応じて単調増加または単調減少する指標値を算出する指標値演算部とを有する
    　ことを特徴とする作業機械。
  2. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記車両本体および前記作業装置に複数の基準点が予め設定されており、
    　前記指標値演算部は、前記複数の基準点のうち前記回避領域までの最小距離が最も小さい基準点を前記第１基準点として前記指標値を算出する
    　ことを特徴とする作業機械。
  3. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記回避領域位置設定部は、前記施工現場の３次元空間を平面で分割して得られる２つの領域のうち前記車両本体が位置しない側の領域を前記回避領域として設定する
    　ことを特徴とする作業機械。
  4. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記回避領域位置設定部は、前記車両本体の外部に配置された立体形状の内部領域を前記回避領域として設定する
    　ことを特徴とする作業機械。
  5. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　目標面の情報を入力するための外部入力装置を更に備え、
    　前記回避領域位置設定部は、前記目標面の一部を境界面とする領域を前記回避領域として設定する
    　ことを特徴とする作業機械。
  6. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　表示装置を更に備え、
    　前記コントローラは、前記指標値に応じて、前記車両本体または前記作業装置が前記回避領域に侵入することを回避するための操作を促す情報を前記表示装置に出力する表示演算部を更に有する
    　ことを特徴とする作業機械。
  7. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記コントローラは、前記車両本体または前記作業装置が前記回避領域に侵入しないように、前記指標値に応じて前記上部旋回体または前記作業装置の動作を制限する車体制御部を更に有する
    　ことを特徴とする作業機械。
  8. 　請求項６に記載の作業機械において、
    　目標面の情報を入力するための外部入力装置を更に備え、
    　前記表示演算部は、前記目標面の情報に基づいて施工することを促す情報を前記表示装置に出力する
    　ことを特徴とする作業機械。
  9. 　請求項７に記載の作業機械において、
    　目標面の情報を入力するための外部入力装置を更に備え、
    　前記車体制御部は、前記車両本体または前記作業装置が前記目標面に侵入しないように、前記作業装置と前記目標面との最小距離に応じて前記上部旋回体または前記作業装置の動作を制限する
    　ことを特徴とする作業機械。
  10. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　前記回避領域位置設定部は、前記作業装置に予め設定された第２基準点の移動前後の位置を含む平面を用いて定義される領域を前記回避領域として設定する
    　ことを特徴とする作業機械。
  11. 　請求項１に記載の作業機械において、
    　目標面の情報を入力するための外部入力装置を更に備え、
    　前記回避領域位置設定部は、前記外部入力装置から入力された情報に基づいて前記回避領域を設定する
    　ことを特徴とする作業機械。
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